CN103048519A

CN103048519A - 一种电晕初始电流的测量装置及方法

Info

Publication number: CN103048519A
Application number: CN2012105366208A
Authority: CN
Inventors: 刘阳; 崔翔
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd; North China Electric Power University; China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd; Smart Grid Research Institute of SGCC
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103048519B

Abstract

本发明公开了高压气体放电测量技术领域的一种电晕初始电流的测量装置及方法。其技术方案是所述装置包括圆柱金属筒、圆柱形接线端子、单缺陷点放电导线、绝缘子、绝缘支架、第一过渡段导线、第一同轴电缆、第二过渡段导线、第二同轴电缆、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头、屏蔽电缆、电压探头、示波器、地线和镀锌铁板、第一圆柱杆和第二圆柱杆。本发明实现了对电晕初始电流及其传播特性的有效测量，为研究高压线路电晕产生无线电干扰的机理提供了一种观测手段。

Description

一种电晕初始电流的测量装置及方法

技术领域

本发明属于高压气体放电测量技术领域，尤其涉及一种电晕初始电流的测量装置及方法。

背景技术

高压输电具有大容量、低损耗、低成本的特点，适合于远距离、大容量电能输送。我国区域性能源分布与电能需求极不均衡，高电压输电成为解决这一矛盾的主要手段。随着我国经济的持续快速增长，电能需求逐年增加，这对电网的输电能力提出了更高的要求。电压等级也逐步升高，从最开始的高压到超高压再到现今的特高压。高压输电线路在正常运行状态下，通常处于起晕的状态，而电晕现象会产生一系列的环境效应。如电晕放电时，导线附近空气被电离而使得其中存在许多自由电子及正、负离子。当这些电子及正、负离子在强电场的作用下，加速向导线和地面运动，从而在导线上产生电晕电流。电晕电流具有高达30MHz的带宽，覆盖了无线电的中波和短波频段。电晕电流在空间中激发出的电磁场会对无线电信号形成干扰，因此无线电干扰是电晕现象带来的一个重要问题，必须对其进行深入研究。

无线电干扰的来源是电晕电流，因此必须掌握电晕电流的特性。电晕电流是一个双指数脉冲，上升沿很陡，频率成分非常丰富，一般需要考虑到30MHz。回路中的连接线、地线过长，会产生一个较大的寄生电感，它与回路中的寄生电容一起构成了LC谐振。一般而言，若谐振频率落在30MHz之内，此时电晕电流在谐振点处有一个不容忽略的分量，将导致谐振的发生。从而使得测量的电晕电流并非电晕产生的初始电流，而是失真后的波形。另外，由于电晕电流脉冲持续时间很短，若回路的端接阻抗没有匹配，极易造成折反射，从而使得测量波形为电晕初始电流及反射波形的叠加。以上两方面的原因导致了电晕初始电流的准确测量较为困难。

发明内容

针对背景技术中提到的电晕初始电流的准确测量方面的问题，本发明提出了一种电晕初始电流的测量装置及方法。

一种电晕初始电流的测量装置，其特征在于，所述装置包括圆柱金属筒、圆柱形接线端子、单缺陷点放电导线、绝缘子、绝缘支架、第一过渡段导线、第一同轴电缆、第二过渡段导线、第二同轴电缆、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头、屏蔽电缆、电压探头、示波器、地线和镀锌铁板、第一圆柱杆和第二圆柱杆；

其中，所述圆柱金属筒上焊接有金属螺丝；所述绝缘子顶端有与所述金属螺丝相配合的螺纹孔；圆柱金属筒将金属螺丝旋拧到螺纹孔进而固定在绝缘子上；

所述绝缘支架固定于圆柱金属筒和绝缘子之间；所述绝缘支架两边分别安装第一圆柱杆和第二圆柱杆；所述第一圆柱杆和第二圆柱杆顶部设有凹槽；用于放置单缺陷点放电导线；

所述圆柱金属筒上焊接有圆柱形接线端子；

所述第一过渡段导线的首端连接在单缺陷点放电导线的一端；末端通过第一圆柱杆顶部凹槽呈倾斜角过渡后绝缘固定在镀锌铁板上；所述第一过渡段导线的末端套有第三电流探头；

所述第二过渡段导线的首端连接在单缺陷点放电导线的另一端；所述第二过渡段导线呈倾斜角过渡后末端绝缘固定在镀锌铁板上；所述第二过渡段导线的末端套有第一电流探头；在第二过渡段导线的末端连接电压探头；

所述第一同轴电缆的芯线与第一过渡段导线的末端连接；第一同轴电缆的金属外皮与镀锌铁板连接；

所述第二同轴电缆的芯线与第一过渡段导线的末端连接；第二同轴电缆的金属外皮与镀锌铁板连接；

所述第一同轴电缆的芯线与第一测量电阻的一端相连和/或第二同轴电缆的芯线与第二测量电阻相连；

所述第一测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述第二测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述第二同轴电缆与第二测量电阻的连接处套有第二电流探头；

所述第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头和电压探头分别通过屏蔽电缆与示波器连接；

所述镀锌铁板通过地线与大地连接。

所述圆柱金属筒两侧边沿焊接有一圈圆钢。

所述单缺陷点放电导线的中间嵌有钢珠；用于产生电晕放电。

所述第一测量电阻和第二测量电阻采用无感电阻。

一种电晕初始电流的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：将第一同轴电缆与所述第一测量电阻连接；将第二同轴电缆与第二测量电阻连接；

步骤2：将高压加在圆柱形接线端子上，单缺陷点放电导线上的钢珠处发生电晕放电；电晕电流从该处向左右流出，沿单缺陷点放电导线、第一过渡段导线、第二过渡段导线传至第一同轴电缆和第二同轴电缆；

步骤3：通过示波器记录第一电流探头电流波形；

步骤4：根据电晕初始电流与第一电流探头测量值之间的关系，计算电晕初始电流：

I_s＝H(s)*I₁

其中，I_s表示电晕初始电流；I₁为第一电流探头处电流值；H(s)为电晕初始电流I_s与第一探头电流I₁之间的传递函数，与测量装置有关。

本发明的效果在于，测量中采用了过渡段将电晕笼中的导线均匀过渡到地面，大大减小了阻抗失配带来的折反射。选择合适长度的同轴电缆线，可以使同轴电缆末端反射波和初始电流分隔开，从而可以在第一电流探头处获得电晕初始电流。另外，在同轴电缆末端连接不同电阻，可以通过第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头和电压探头的测量结果来研究不同匹配情况下电晕电流的传播特性。

附图说明

图1是本发明提供的一种电晕初始电流的测量装置的总体结构图；

图2是本发明提供的圆柱金属筒、绝缘支架及绝缘子连接方法的示意图；

图3是本发明提供的不同匹配情况下电压和电流探头的测量结果图；其中：（a）为R1取250Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（b）为R1取250Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（b）为R1取50Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（c）为R1取0Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（d）为R1端开路；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（e）为R1取25Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（f）为R1取50Ω；R2取250Ω对应测得的电流和电压图；（g）为R1取250Ω；R2取50Ω对应测得的电流和电压图；（h）为R1取50Ω；R2取50Ω对应测得的电流图；

其中，1-圆柱金属筒；2-圆柱形接线端子；3-单缺陷点放电导线；4-绝缘子；5-绝缘支架；6-第一过渡段导线；7-第一绝缘胶带；8-第一同轴电缆；9-第二绝缘胶带；10-第二过渡段导线；11-第三绝缘胶带；12-第二同轴电缆；13-第四绝缘胶带；14-第一电阻；15-第二电阻；16-第三电阻；17-第四电阻；18-第五电阻；19-第六电阻；20-第七电阻；21-第八电阻；22-第一电流探头；23-第二电流探头；24-第三电流探头；25-第一屏蔽电缆；26-第二屏蔽电缆；27-第三屏蔽电缆；28-电压探头；29-第四屏蔽电缆；30-示波器；31-地线；32-镀锌铁板；33-金属螺丝；34-第一圆柱杆；35-第二圆柱杆。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的一种电晕初始电流的测量装置的总体结构图。图1中，所述装置包括圆柱金属筒、圆柱形接线端子、单缺陷点放电导线、绝缘子、绝缘支架、第一过渡段导线、第一同轴电缆、第二过渡段导线、第二同轴电缆、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头、屏蔽电缆、电压探头、示波器、地线和镀锌铁板、第一圆柱杆和第二圆柱杆；

所述圆柱金属筒上焊接有圆柱形接线端子；

所述第一测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述第二测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述镀锌铁板通过地线与大地连接。

图2是本发明提供的圆柱金属筒、绝缘支架及绝缘子连接方法的示意图；图2中，圆柱金属筒上焊接有M10的金属螺丝，绝缘子顶端有M10的螺纹孔。圆柱金属筒上焊接有圆柱形接线端子。圆形金属筒两侧边沿焊接一圈圆钢。

图3是本发明提供的不同匹配情况下测量结果，第二同轴电缆和第一同轴电缆的末端得到的实验结果图。

具体的实验过程：

设定第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值分别为0Ω、25Ω、50Ω和250Ω。

第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻的阻值分别为0Ω、25Ω、50Ω和250Ω。

第一同轴电缆和第二同轴电缆均选用特性阻抗为50Ω的同轴电缆，长度均为60m。

实验时，在圆柱金属筒上加电压-31kV。单缺陷点放电导线、过渡段导线的直径是3mm。为了研究不同匹配负载对测量结果的影响，选取了7种负载组合作为对比，如表1所示，open表示开路；R1表示第五电阻、第六电阻、第七电阻或第八电阻；R2表示第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻。图3（a）～（h）是实验结果，图中纵轴表示所测电压或电流的幅值，每格表示20mV或者20mA；横轴表示时间，每格表示500ns；每条曲线对应图1中不同的电压或者电流探头的测量结果；“电压探头/50”表示图中对应曲线为电压探头测量值除以50以后的波形。

表1 七组负载组合

组别	R1（Ω）	R2(Ω)
			I	250	50
II	50	50
			III	0	50
IV	open	50
			V	25	50

组别	R1(Ω)	R2（Ω）
			VI	50	250
VII	50	open

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电晕初始电流的测量装置，其特征在于，所述装置包括圆柱金属筒、圆柱形接线端子、单缺陷点放电导线、绝缘子、绝缘支架、第一过渡段导线、第一同轴电缆、第二过渡段导线、第二同轴电缆、第一测量电阻、第二测量电阻、第一电流探头、第二电流探头、第三电流探头、屏蔽电缆、电压探头、示波器、地线和镀锌铁板、第一圆柱杆和第二圆柱杆；

所述圆柱金属筒上焊接有圆柱形接线端子；

所述第一过渡段导线的首端连接在单缺陷点放电导线的一端；所述第一过渡段导线呈倾斜角过渡后末端绝缘固定在镀锌铁板上；所述第一过渡段导线的末端套有第三电流探头；

所述第一测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述第二测量电阻另一端与镀锌铁板连接；

所述镀锌铁板通过地线与大地连接。

2.根据权利要求1所述的一种电晕初始电流的测量装置，其特征在于，所述圆柱金属筒两侧边沿焊接有一圈圆钢。

3.根据权利要求1所述的一种电晕初始电流的测量装置，其特征在于，所述单缺陷点放电导线的中间嵌有钢珠；用于产生电晕放电。

4.根据权利要求1所述的一种电晕初始电流的测量装置，其特征在于，所述第一测量电阻和第二测量电阻采用无感电阻。

5.一种电晕初始电流的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤3：通过示波器记录第一电流探头电流波形；

I_s＝H(s)*I₁

其中，I_s表示电晕初始电流；I₁为第一电流探头处电流值；H(s)为电晕初始电流I_s与第一探头电流I₁之间的传递函数。